摘要：针对鄂尔多斯盆地天环坳陷北段上古生界生烃强度较低、气水分布关系复杂的问题，对低生烃强度区致密砂岩气形成主控因素与分布规律开展研究。通过二维成藏物理模拟实验、储集层微观孔喉含气性系统分析及典型气藏解剖，建立了注气压力、储集层物性、生气下限等综合评价模型，明确了低生烃强度区致密气形成主要特征：①埋深小于3000m，生烃强度达(7～10)×108m3瓜m2即可实现有效充注；②致密砂岩层规模性发育有利于聚集致密气；⑤储集层物性差异控藏，储集层物性较好的砂体，砂带中心区域局部高点富集天然气，而物性较差砂体整体含气，但含气丰度普遍较低。结合天环坳陷北段气藏解剖，提出低生烃强度区“生烃压力长期充注、规模致密砂层聚气、储集层物性差异控藏、局部甜点富集”形成机制及平面呈不连续“片状”分布的规律。天环坳陷北段致密砂岩气拓展勘探实践较好地证实了这一认识。
关键词：鄂尔多斯盆地,天环坳陷,生烃强度,致密砂岩气,形成机制,分布规律
0引言
致密气勘探兴于美国，目前世界上已有十几个国家进行了致密气勘探开发，但受资源潜力、消费需求和技术发展影响，发展极不均衡，美国和中国发展迅速，产量皆占本国天然气总产量20％左右。关于致密气形成机制的研究始于20世纪70年代的北美，从向斜岩性控藏、储集层物性及分布形态等不同角度阐述了其形成机制与分布特征。而中国广泛开展致密气研究始于20世纪90年代，早期以借鉴北美为主，21世纪以来在源岩储集层组合模式、生烃超压充注机制、大面积聚集与分布特征等方面取得较深入的认识。随着致密气勘探的深入，勘探范围不断向外围扩展，在主力生烃灶外围生烃强度较低的区域发现了规模性聚集的致密气，但气水分布复杂，常出现高产水井，与现今对致密气认识有一定差异，目前有关形成机制研究较少。为便于研究，将生烃强度较小的区域定义为低生烃强度区。参考中国关于大气田形成的生烃条件为生烃强度大于20x108m3／km2的认识，同时，以鄂尔多斯盆地苏里格地区在生烃强度小于20x108m3／km2区域气水分布复杂的特征为依据，将生烃强度20x108m3／km2作为划分高、低生烃强度区的界限。本文通过半定量二维成藏模拟等实验研究及地质综合分析，建立注气压力、储集层物性、生气下限等评价模型，结合典型气藏解剖及微观孔喉对气水分布控制作用系统研究，明确低生烃强度区致密砂岩气形成主控因素与分布规律，为致密砂岩气拓展勘探提供新依据。
1研究区概况
鄂尔多斯盆地苏里格气田是典型的大型致密砂岩气，随着勘探深入，由苏里格主体区域不断向西部、东部、南部扩展，已形成近4．00x1012m3储量规模。其中，苏里格地区西部天环坳陷北段气水分布复杂。本文以该区为研究对象，通过模拟实验与地质综合分析，系统开展低生烃强度区致密砂岩气形成机制研究。
天环坳陷北段勘探面积1．00×104km2，烃源岩主要为石炭系太原组、山西组的煤层。太原组煤层厚度0．20～9．00m，平均2．80m；山西组煤层厚度0．40～8．60m，平均3．60m。总体生气强度为(7～20)×108m3／km2，小于苏里格主体区域的生烃强度((20～40)×108m3／km2)。储集层为山l段、盒8下段、盒8上段，发育冲积平原亚相、辫状河三角洲平原亚相，其中河道滞留砂体和分流河道砂体为主要储集休，孔隙度为4％～10％，基质渗透率主要为(0．01～0．80)×10-3gm2，与苏里格主体区域接近。纵向上烃源岩和储集层交互分布，横向上分布稳定。目前钻井160余口，30余口井获工业气流，60余口井见水。总体气水分布复杂，不完全受区域构造、沉积砂体控制。
2成藏物理模拟实验
低生烃强度区的生气量相对较小，其供气、运移、聚集等特征与供气充足地区的天然气具有较大差异，研究思路和方法也具有一定差异。通过开展多组成藏模拟实验、微观孔隙分析和综合地质研究，对低生烃强度区致密气形成机制、主控因素和分布规律进行分析。
2．1有效充注动力及生烃下限
致密砂岩储集层渗透率较低，只有具备较强的生烃压力，才能使天然气突破致密储集层毛细管力，该观点已通过大量模拟实验和地质综合研究得到证实。但低生烃强度区的生烃压力能否成为动力，是否存在生烃压力下限等尚需进一步研究。为了研究天然气充注压力界限，选取苏里格地区及天环坳陷北段李4、李7、苏307等井山l一盒8段致密砂岩岩心样品，开展了不同充注压力模拟实验。
通过常规岩心(未进行饱和水处理)充注模拟实验可知，随着样品渗透率变小，启动压力增大。当空气渗透率为0．6x10。3gm2时，启动压力为0．1MPa左右；当空气渗透率为0．1x10‘3gm2时，启动压力为0．4MPa左右。
为了观察充注压力与含气饱和度变化规律，开展了0．1～30．0MPa压力下饱和水岩心样品充注模拟实验。岩心完全饱和水，出口端设有压力传感器，每个压力点稳定24h以上。实验结果表明，储集层越致密，所需注气压力越大。如渗透率为0．683x10-3gm2的样品，在0．9MPa的注气压力下可达到25％的含气饱和度；而渗透率为0．034x10_3gm2的样品，在5．2MPa的注气压力下可达到10％的含气饱和度，在10MPa的注气压力下可达到23％的含气饱和度。整体上，注气压力与含气饱和度的关系呈指数增长特征。
综合上述模拟实验结果，认为空气渗透率为(0．03～1．00)×10。3“m2的致密砂岩储集层有效注气压力为0．4～5．0MPa。而据鄂尔多斯盆地演化史分析，生烃高峰时期苏里格地区西部源储压差为3．5～9．5MPa，虽然小于苏里格、神木、榆林等高生烃强度区20MPa左右[21-221的源储压差，但具备了天然气充注的条件。
天然气在致密砂岩储集层中运移主要受2种动力和2种阻力作用。其充注动力主要是浮力和天然气膨胀力，天然气膨胀力即生烃压力；阻力包括毛细管力和静水压力。Jiang等对该认识进行了详细论述并建立了致密砂岩气动力、阻力关系模型，计算排气量下限，但并未考虑生烃强度下限。实际上生气强度决定了天然气膨胀力大小，通过建立生烃强度与天然气膨胀力关系，可确定生烃强度下限值。
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